Статья: Определение расчетных гидрологических характеристик при отсутствии данных наблюдений методами математического моделирования (2025)

Надежность гидрологических прогнозов существенно влияет на решение задач повышения устойчивости функционирования системы технического и питьевого водоснабжения. Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения точности прогнозирования стока воды, что имеет ключевое значение для управления водными ресурсами, гидроэнергетики и предотвращения паводковых рисков. В настоящей работе предложены методы снижения неопределенности прогнозов, основанные на двух направлениях: оптимизации математической модели за счет исключения малозначимых гидрометеорологических показателей и повышении точности вероятностных оценок ключевых факторов. Методы. Для анализа нечетких данных введен показатель информативности, позволяющий количественно оценить степень неопределенности наблюдений. Дополнительно определено свойство информационной критичности, характеризующее показатели с низкой информативностью, но высокой значимостью для прогноза, что требует экономически обоснованного сбора дополнительных данных. Результаты. Разработан комбинированный метод снижения неопределенности, интегрирующий анализ информационной критичности и оптимизацию модели. Результаты показывают, что применение данного подхода позволяет минимизировать ошибки прогнозирования за счет рационального использования данных и учета нечетких оценок. Представлен пример прогнозирования уровней воды р. Надым в створе г. Надым с использованием метода снижения информационной критичности нечетких оценок. Исследование вносит вклад в развитие методов гидрологического прогнозирования, предлагая практические инструменты для повышения их точности.

Массовое развитие синезеленых (Cyanophyta) водорослей – характерное явление для большинства поверхностных водных объектов, благодаря которому развивается процесс «цветения» вод, оказывающий негативное влияние на водоснабжение, рыбное хозяйство и рекреацию. В условиях глобального потепления климата усиливается интерес к оценке влияния гидрометеорологических факторов на развитие «цветения» вод. Методы. Комплексные наблюдения проводились на Приплотинном плесе Куйбышевского водохранилища в летний период 2016–2021 гг. Температуру воздуха и воды определяли ежедневно, пробы для определения концентрации биогенных веществ, хлорофилла а и таксономического состава фитопланктона отбирали одновременно с декадной дискретностью. Данные о расходах и уровнях воды получены от филиала ПАО «РусГидро» – «Жигулевская ГЭС». Результаты. Установлено, что основными факторами, влияющими на содержание хлорофилла а, являются температура воды и погодные условия. С повышением температуры воды в июне концентрация хлорофилла а постепенно увеличивалась. При достижении температуры воды выше 22 °С концентрация хлорофилла а резко увеличивалась и начиналось массовое развитие фитопланктона с доминированием группы синезеленых водорослей. Для процесса «цветения» вод наиболее благоприятными стали теплые 2016 и 2021 годы, когда содержание хлорофилла а за летний период составило 6,3 и 7,4 мкг/дм3 соответственно. В неблагоприятные для «цветения» вод холодные 2017 и 2019 годы концентрация хлорофилла составила 0,7 и 1,8 мкг/дм3 соответственно. Процесс «цветения» не наблюдался. Значительная вариабельность концентрации хлорофилла а в период «цветения» вод обусловлена сменой погодных условий. При дальнейшем повышении температуры воды Куйбышевского водохранилища в условиях глобального потепления климата процесс «цветения» вод будет усиливаться, что может нарушить экологическую устойчивость экосистемы водоема и создать риски для комплексного водопользования.

Нижняя Волга является важнейшим местом нереста ценных видов рыб и играет значительную роль в рыбном хозяйстве России. Однако антропогенные факторы в сочетании с климатическими изменениями приводят к деградации среды обитания и условий естественного нереста, что создает угрозу для сохранения биоразнообразия и долгосрочной устойчивости популяций полупроходных рыб. Цель исследования – оценить роль климатического и антропогенного воздействий на воспроизводство полупроходных рыб Волго-Каспийского рыбохозяйственного района. Методы исследования заключаются в оценке и анализе многолетних данных режимных наблюдений на гидрологических постах Нижней Волги с 1936 по 2022 год, основных тенденций изменений стока, а также параметров, характеризующих условия нереста. Результаты. Проведена оценка характеристик водного стока и других параметров, определяющих условия нереста полупроходных видов рыб (на примере леща) в естественных условиях и в период зарегулированного стока. Предложены меры по восстановлению рыбного хозяйства данного района.

Несмотря на повышенные значения естественных ресурсов подземных вод на изучаемой территории, в настоящее время в отдельных населенных пунктах остро ощущается нехватка качественных вод для хозяйственно-питьевых нужд. Приведенные в статье новые гидрологические и гидрогеологические материалы подтверждают научные выводы, сделанные более 50 лет назад. Методы. Проведен сбор и анализ данных, содержащихся в монографиях и отчетах научных и производственных организаций разных ведомств. Представлены гидрографы речного стока, материалы по минимальному и подземному стоку рек, химизму подземных и речных вод, тепловые космические снимки. При оценке подземного притока в реки применялись гидрометрические, гидрохимические и термометрические методы. Результаты. Анализ гидрографов речного стока за разные по водности годы выявил зависимость меженного летнего стока исследуемых рек от обьема и интенсивности предыдущего весеннего половодья и количества атмосферных осадков, выпадающих в теплый период.

Природная взаимосвязь между подземными и поверхностными водами нередко нарушается на урбанизированных территориях вследствие техногенно загрязненных сбросов на рельеф местности. Вовлекаясь в процессы инфильтрации, они загрязняют водоносные горизонты, а при последующем подземном стоке – также и поверхностные водные объекты. В результате, в частности, снижается качество воды Москвы-реки – крупнейшего водоисточника столицы. Поэтому актуально обнаружение зон повышенных промышленных и бытовых сбросов на рельеф. Методы. В работе использованы методы сопоставления состава и свойств поверхностных и подземных вод, такие как коинтеграция, аугментация данных, кластеризация, а также проведены вычислительные эксперименты. Результаты. Обнаружены причинно-следственные связи концентрации нефтепродуктов и фенолов, исследуемых на прибрежных скважинах ЮЗАО Москвы и на расположенном ниже створе Бабьегор Москвы-реки. Несмотря на безусловное превышение расхода речной воды над подземным стоком, результат оказался достоверным, поскольку был подтвержден независимыми статистическими методами исследования, позволившими выявить подобие как регулярных, так и нерегулярных данных исследованных временных рядов. Таким образом, разработаны новые подходы к выявлению зон сбросов отходов производства и потребления на рельеф.